傳感器技術正在從圖像轉變?yōu)樾畔?/h3>

2021-02-02 09:13 傳感器大佬

關鍵詞：傳感器智能化物聯(lián)網(wǎng)

導讀：隨著移動設備中的照片功能變得越來越強大和更具競爭力，人們期望該技術將繼續(xù)改進并推動進一步的創(chuàng)新。

像人眼一樣，照相機依靠零件的各個部分（鏡頭，濾鏡和電子設備）來提供視覺清晰度，顏色和深度。在智能手機相機中，與人眼視網(wǎng)膜相當?shù)年P鍵部件之一被稱為CMOS圖像傳感器或CIS。

CIS技術的最初目的是優(yōu)化圖像質量以供人眼觀看?，F(xiàn)在，CIS技術正以一種新的目的進行改進——增強了人類的視野。它被用作收集數(shù)字圖像信息的傳感器，該信息為正在興起的人工智能（AI）應用程序提供數(shù)據(jù)。從篩選制造過程中的缺陷到在黑暗環(huán)境中檢測物體，該技術有許多新用途。

隨著移動設備中的照片功能變得越來越強大和更具競爭力，人們期望該技術將繼續(xù)改進并推動進一步的創(chuàng)新。

　　2023年，全球圖像傳感器市場達到232億美元

根據(jù)Research and Markets 2018年的一份報告，到2023年，全球圖像傳感器市場預計將增長6.2％，達到232億美元的市場。

在大多數(shù)情況下，增長主要歸因于圖像傳感器性能的提高，但其他因素也在起作用。智能手機制造商已將相機創(chuàng)新視為在飽和市場中將其設備與競爭對手區(qū)分開來的一種方法。新型和多樣化的相機功能（例如光學變焦）需要先進的傳感器技術。低功耗和緊湊型圖像傳感器的發(fā)展以及在生物識別應用中圖像傳感設備的日益廣泛使用也做出了貢獻。移動設備中使用多個攝像頭的趨勢已成為驅動因素。

在智能手機相機中，圖像質量通常與CIS息息相關，因為其性能會影響諸如分辨率，靈敏度和信噪比（SNR）等關鍵因素。但這還使新產(chǎn)品應用程序浮出水面，同時提高了成像設備的性能。因此，智能手機相機的CIS圖像質量已經(jīng)超過了緊湊型相機的水平，并且與數(shù)碼單反相機的差距正在不斷縮小。

　圖像傳感器技術的創(chuàng)新與發(fā)展

早期，CIS技術的目的是優(yōu)化人眼的圖像質量。隨著技術的進步，其目標轉向實現(xiàn)針對機器算法優(yōu)化的圖像質量。但是衍射極限限制了使CIS像素小型化的能力。

結果，公司通過不斷開發(fā)設備和處理技術以及通過開發(fā)圖像信號處理或ISP技術來支持各種應用領域，來提高CIS像素的集成水平。這是一個逐漸的轉變。

在第一階段，像素工程師專注于彌補由于像素尺寸減小而不可避免地導致的靈敏度損失，開發(fā)了許多創(chuàng)新技術，包括片上透鏡（或微透鏡），具有較厚硅的深光電二極管和背面照明技術。

隨著像素大小達到大約1微米，第二階段開始更多地關注于串擾的減少。在此期間，為了抑制光和電串擾，開發(fā)了諸如濾色器層中的金屬柵格結構和用于Si光電二極管的深溝槽隔離工藝等新技術。通過這些新的創(chuàng)新，CIS平臺有望發(fā)展成為一種支持高級附加功能的信息傳感器，而不僅限于圖像質量的提高。

這項創(chuàng)新背后的另一個驅動力是：堆棧傳感器技術的出現(xiàn)。由于常規(guī)傳感器具有在同一基板上實現(xiàn)像素和電路的結構，因此必須減小無光區(qū)域以減小CIS尺寸。因此，僅實現(xiàn)了模擬/數(shù)字電路的基本功能，并且增加用于附加功能的電路非常有限。

基于先進的半導體工藝，SK Hynix的堆棧傳感器已經(jīng)能夠將簡單的AI硬件引擎嵌入ISP在下部基板上。同時，新的基于機器學習的技術，例如超分辨率，色彩還原，面部識別和對象識別也正在開發(fā)中。

　　圖像傳感器的主要應用

這些新型芯片將在多個領域發(fā)揮作用，并且一些創(chuàng)新產(chǎn)品已經(jīng)開始投放市場。

索尼最近宣布發(fā)布兩種型號的智能視覺傳感器，這是全球首款配備用于云服務的AI處理功能的圖像傳感器。這些產(chǎn)品擴大了開發(fā)配備AI的相機的機會，在零售和工業(yè)設備行業(yè)中實現(xiàn)了多種應用，并有助于構建與云鏈接的最佳系統(tǒng)。

例如，安裝在設施入口處的帶有這些傳感器的攝像頭可以計算進入設施的游客人數(shù)。當安裝在零售貨架上時，它可以檢測庫存短缺。它安裝在天花板上，可用于為訪問者加熱地圖，以確定人們聚集最多的區(qū)域。由于使用基于機器學習的ISP技術可以從輸入圖像中提取各種特征并將其分類，因此CIS將成為信息傳感器的關鍵組件，該傳感器收集有關圖像，位置，距離和其他生物特征信息的各種數(shù)據(jù)點。

當它適用于自動駕駛汽車時，這一點變得尤為重要，自動駕駛汽車至少使用十個攝像頭來檢測周圍環(huán)境。為了提高準確性，必須滿足各種要求，例如對區(qū)分距離對象的高分辨率支持，對即使在黑暗環(huán)境中也能識別對象的HDR支持以及對ISP的預處理以減少處理器的計算量必須處理。

在安全性領域，有一項功能需要對CIS的內置ISP中的圖像信號進行壓縮和加密，然后將其傳輸?shù)酵獠刻幚砥鳌Ｈ绻麑⑽醇用艿膱D像信號照原樣發(fā)送到外部，則會增加安全漏洞和信息泄漏的可能性。因此，CIS內部的加密功能至關重要。

智能手機應用程序在CIS市場份額中處于領先地位，但隨著CIS未來增長的推動力，尤其是隨著機器視覺應用程序的發(fā)展和發(fā)展，有望出現(xiàn)許多其他應用程序。這些新興機會正在將技術從移動成像推向其他增長領域，并且我們可能會看到從使用視覺進行成像向使用視覺進行傳感和其他交互應用的轉變。

展望未來，CIS將被用于各種應用領域，包括智能手機相機，這將有助于創(chuàng)造經(jīng)濟和社會價值，這將使其在未來成為信息傳感器的重要組成部分。

作者：Taehyun（Ted）Kim，SK Hynix的CIS ISP負責人